A Kárpát-medence jelenkori és paleorengéseinek komplex vizsgálata c. OTKA pályázat (T 038099) zárójelentése Nevezett OTKA pályázat „Részletes kutatási tervé”-ben három feladatot jelöltünk meg, amelyeket a 4 éves kutatás folyamán meg kívánunk oldani: 1. Kárpát-medencében és a hozzá hasonló földtani felépítésű térségekben keletkezett földrengések lehetséges okainak tisztázása. 2. Történelmi és paleorengésekre kutatása. 3. A földrengésekre vonatkozó ismeretanyag rendszerezése és számítógépes adatbázisának elkészítése. Ezen kutatási témacsoportok eredményeinek részletes kifejtése következik. (Az alcímek után zárójelben hivatkozunk ezen felsorolás elemeire.) Kárpát-medencében és a hozzá hasonló földtani felépítésű térségekben keletkezett földrengések lehetséges okainak tisztázása (1) A földrengések keletkezésének okait vizsgálva, a gerjesztés módja szerint megkülönböztetünk: a. tektonikus földrengéseket; b. nem tektonikus rengéseket ( vulkáni tevékenység, barlang beomlás, bányaomlás, felszínalatti olaj, gáz és víz bányászat, valamint robbantások); c. süllyedő medencék feltöltésével kapcsolatos földrengéseket. A Magyarországon keletkezett földrengések tér és időbeli eloszlásának néhány sajátosságát egy előző munkánkban már összefoglaltuk [Szeidovitz & Varga 1997]. Megállapítottuk, – Jámbor & Szeidovitz 1995 kutatásaira hivatkozva – hogy a földrengés-aktív területek kijelölése földtani, geomorfológiai és geofizikai ismérvek alapján nem volt sikeres. A kudarc okának a földrengés epicentrumok helyének pontatlansága és a földtani adatok bizonytalansága mellett az elemzés szubjektív módszerét tartottuk. Célszerűnek látszott térinformatikai eszközökkel, számítógépes támogatással a vizsgálatokat megismételni. A földrengés katalógusokban lévő nem rengésektől származó adatokat (robbantások, kőolaj és földgáz kitermelés, valamint bánya és barlang beomlások) igyekeztünk kiszűrni [Kiszely 2001, Szeidovitz, Bus & Gribovszki 2004]. A pontosított földrengések epicentrumokat, valamint a földrengések kipattanásában esetlegesen szerepet játszó földtani, geofizikai és geomorfológiai adatokat Gribovszki [2005] térinformatikai rendszerbe gyűjtötte össze, majd térinformatikai módszerekkel elemezte. A főbb eredményeket a következőkben foglalhatjuk össze: ⎯ Összegyűjtöttük és térinformatikai rendszerbe integráltuk a földrengésekkel kapcsolatba hozható, rendelkezésre álló geológiai és geofizikai térképi adatokat [Gribovszki & Szeidovitz 2000, 2004, 2005, 2005a]. Az analóg formában elérhető térképeket digitalizáltuk és tájékoztuk. A digitális formátumban rendelkezésre álló térképek tájékozási paramétereit pontosítottuk. A rendszer 23 db digitális térképet foglal magában, melyek közül 2 db pont típusú, 3 db vonal és poligon típusú, 3 db vonal típusú és 15 db felületmodell (TIN vagy raszteres) típusú. Az elkészült rendszer segítségével az epicentrumok és a különböző témájú térképek elemei között elemzések végezhetők, melyek segítségével kapcsolatok állapíthatók meg az epicentrumok és a geológiai, geofizikai képződmények elhelyezkedése között. ⎯ Elvégeztük a Kinematikai és földrengés-epicentrumok térkép [Jámbor et al. 1999] pontosítását és kiegészítését, és a Magyarországi Földrengések Évkönyvében (MFÉ) található
1
hipocentrumok szűrését, hogy előállítsuk a Makro- és Mikroszeizmikus földrengésepicentrum térképeket. A Kinematikai és földrengés-epicentrumok térkép eredetileg 213 eseményt tartalmazott, egy eseményhez ábrázolva az összes legnagyobb megrázottságú települést. Több azonos megrázottságú településhez kapcsolódó esemény esetén a rengéssel kapcsolatba hozható leírásokat, földrengés kérdőíveket, makro- és mikroszeizmikus katalógusok adatait tanulmányozva meghatároztuk az epicentrum valószínű helyét. A MFÉekben található hipocentrumok felszíni vetületét a térinformatikai rendszerbe integráltuk, és a helymeghatározási hibaértékek alapján szűrtük. ⎯ Elvégeztük az 1996 és 2002 között keletkezett néhány ’kritikus’ rengés relokalizációját műszeres beérkezési adatok alapján a HYPOINVERSE-2000 program felhasználásával. Ezen rengések hipocentrum-meghatározásainál a makroszeizmikus és a mikro-szeizmikus epicentrumok egymástól több, mint 10-15 km távolságra estek. A mély, üledékes medencék speciális sebességviszonyait is figyelembe vevő epicentrummeghatározások eredményeképpen számos esetben a makroszeizmikus érzékelés és a műszeres helymeghatározás eredményei közeledtek egymáshoz. A térinformatikai rendszer rétegei és az epicentrumok között a következő kapcsolatokat állapítottuk meg: ⎯ A Pleisztocénben aktív törésvonalak és süllyedékterületek térképnek [Schweitzer 1993] a Magyarország geomorfológiai térkép [Pécsi et al. 2000] jelenkori tektonikus elemeivel kiegészített térkép objektumai szignifikáns kapcsolatban vannak, mind a makro-, mind a mikroszeizmikus epicentrumok elhelyezkedésével, és a térképi elemek 5 km-es környezete tartalmazza a makroszeizmikus epicentrumok 71 %-át, a mikroszeizmikus epicentrumoknak pedig 76 %-át. ⎯ Magyarország negyedidőszaki mozgásainak térképe [Jámbor & Szeidovitz 1995] objektumai sem a makro-, sem a mikroszeizmikus epicentrumok elhelyezkedésével nem mutatnak szignifikáns kapcsolatot. ⎯ A Neogene tectonic map of the Pannonian Basin and the Surrounding AlpineCarpathian-Dinaric Mountains [Horváth 1993] című térkép hazánk területére vonatkozó törésvonalai az 5 km-nél nagyobb horizontális helymeghatározási hibával rendelkező mikroszeizmikus rengésekkel mutatnak szignifikáns kapcsolatot, az ennél pontosabb helymeghatározású mikroszeizmikus, illetve a makroszeizmikus rengések esetén nem volt kimutatható összefüggés. A törésvonalak 5 km-es környezetében található a makroszeizmikus epicentrumok 54, a mikroszeizmikus epicentrumoknak pedig 58 %-a. ⎯ A Magyarország geomorfológiai térképén [Pécsi et al. 2000] található jelenkori tektonikus elemek közül a vulkáni kúpok és telérek elhelyezkedése szignifikáns összefüggést mutat az 5 és 10 km közötti horizontális helymeghatározási hibájú makroszeizmikus epicentrumokkal, továbbá megállapítható, hogy a makroszeizmikus epicentrumok az átlagos epicentrum-sűrűség többszörösét mutatják a nevezett térképi elemek környezetében. A felsorolt eredmények azt mutatják, hogy bár sikerült kapcsolatot kimutatni a vetőzónák elhelyezkedése és az epicentrum-eloszlás között, azonban bebizonyosodott, hogy a magyarországi rengések összessége nem magyarázható ismert tektonikus szerkezetek mentén bekövetkező elmozdulások segítségével.
2
⎯ Megállapítottuk, hogy a makroszeizmikus epicentrumok az átlagos epicentrumsűrűségnél nagyobb értékeket mutatnak a harmadidőszaki medencealjzat 20-40°-os lejtésű részeinek 5 és 10 km-es környezetében. Ezeken a területeken azonban törésvonalak is áthaladnak, ezért nem jelenthető ki egyértelműen, hogy a rengések oka minden esetben az üledék medencealjzaton történő megcsúszása. ⎯ Kiválasztottuk a lejtőkategória térképből az ország azon területeit, ahol a harmadidőszaki medencealjzat lejtése 5°-os vagy annál nagyobb. Ábrázoltuk azokat a fúráshelyeket, amelyekben történt pórusnyomás-mérés, és megkülönböztettük egymástól a túlnyomásos és a nem túlnyomásos fúráshelyeket. Majd kiválogattuk a térképről azokat a makroszeizmikus epicentrumokat, amelyek Zsíros [2000] katalógusában található helymeghatározási pontosságának megfelelő bufferzónájában egyszerre található 5°-os vagy annál nagyobb lejtésű medencealjzat és túlnyomással rendelkező fúrás is. Az ország területén ezeknek a feltételeknek legalább 40 db makroszeizmikus epicentrum tett eleget. Csak azokon a területeken lehetséges megállapítani az epicentrumok, a túlnyomásos területek és a harmadidőszaki medencealjzat meredeklejtésű részeinek egymáshoz képesti elhelyezkedését, ahol a fúrásokban történtek pórusnyomás-mérések. Ezen vizsgálat eredményeképpen feltételezhető, hogy a kiválogatott rengések esetében a kipattanás oka akár az üledékréteg medencealjzaton történő megcsúszása is lehetett. ⎯ Jelenkori mozgásokra utaló nyomokat találtunk A negyedidőszaki képződmények vastagsága Magyarországon [Franyó 1992] térkép és a jelenkori domborzat szorzattérképének segítségével. A szorzattérképen kirajzolódik a Kecskemét környéki földrengés aktív terület — a negyedidőszaki üledék vastagodását a jelenkori domborzat magasságának növekedése is követi —, ugyanez mondható el a nyírségi Hoportyó kiemelkedésének környezetéről is. A szorzattérképen nem tükröződik az Alföld többi aktív területe: a szegedi, a jászberényi, a békési aktív terület stb.. Történelmi és paleorengések kutatása (2) 456-tól napjainkig vannak a Kárpát-medencében keletkezett földrengésekről feljegyzéseink, de megbízhatóbb adataink csak az elmúlt 300 évről állnak rendelkezésre. Ha figyelembe veszszük, hogy a lemezeken belüli területeken a nagyobb rengések gyakorisága 10 000 év körül van, nem szükséges további indoklása a paleorengések kutatásának. Sajnos hazánkban csak az elmúlt néhány évben kezdődtek intenzívebb neotektonikai kutatások a paleorengések kiderítésére [Marosi & Meskó 1997]. A kutatás kiterjedhet minden földrengések által okozott maradandó nyomra (elvetődések a rétegekben, homokgejzírek, cseppkövek törése, elhajlása stb.) [Kázmér et al 2000, Magyari 2002, Magyari et al. 2002, Magyari et al. 2004]. A paleorengés-kutatások legújabb eredményeit az elmúlt évben megjelent munkánkban már összefoglaltuk [Szeidovitz et al. 2004, Szeidovitz et al. 2005]. A Hajnóczy barlangban végrehajtott mérések során megállapítottuk, hogy környezetében (beleértve az Eger-Ostoros fészket is) nem keletkezett katasztrofális földrengés az elmúlt néhány ezer évben. E megállapításunkkal ellentétes következtetésre jutott Majoros & Szenthe [2003] a Lilla-barlangban talált törött cseppkövek tanulmányozása alapján. Dolgozatukban a következőket írják: „Erőteljes kataklizma, földrengés lehetett, amely ilyen jelentős mértékű rombolást okozott a barlangban. A kataklizma nagyságára jellemző az, hogy számos, a teremben keletkezett álló cseppkő gyertya (sztalagmit) képződmény, a legnagyobb ezek közül kb. 1,8 m magas és 1,2 m
3
átmérőjű, derékban kettétört, és a letört darabok most a tövük mellett pihennek, némelyik kissé elgurulva és elfordulva.” Biztosan állíthatjuk, hogy a fenti idézetben szereplő sztalagmitot nem földrengés törte ketté. Az ilyen méretű cseppkövek töréséhez olyan nagy horizontális gyorsulásokra van szükség, amit földrengések által gerjesztett rugalmas hullámok amplitúdója nem ér el. Elképzelhető azonban, hogy egy földrengés hatására a barlang magasabban fekvő részeiről labilis kőzet tömegek leváltak és ezek okozhatták a cseppkövek pusztulását. A cseppkövek törésének több oka lehet, ezért figyelmünket nem a törött, hanem a szálban álló karcsú (magasság/átmérő ≥ 20) sztalagmitokra koncentráltuk. Annak érdekében, hogy az összes hazai perspektivikus barlangokat megismerjük – ezek bejárása meghaladta volna OTKA-nk által nyújtott lehetőségeket – ezért felhasználtuk kollégáink [Leél-Őssy & Czifra 2004] más forrásból finanszírozott kutatásait. Ennek köszönhetően került sor az Abaligeti, a Mészégető, a Vízfő, a Trió és a Szuadó barlangok valamint a Mánfai Kőlyuk vizsgálatára. Sajnos ezekben a barlangokban nem találtak a hivatkozott tanulmányunkban [Szeidovitz et al. 2005] lévő karcsú cseppkövekhez hasonlóakat. A legkedvezőbb esetekben is 40 Hz felett volt a sztalaktitok domináns frekvenciája. Az előzetes tájékozódás során a következő barlangokat jártuk be vizsgálataink céljára alkalmas cseppkövek felkutatására: ⎯ Aggteleki karszt: Meteor, Béke, Baradla, Vass Imre, Kossuth barlagok; ⎯ Bükk hegység: Hajnóczy és Szamentu barlangok; ⎯ Budai-hegység: Harcsaszájú, Pálvölgyi és Józsefhegyi barlangok; ⎯ Mecsek: Abaligeti-barlang; ⎯ Villányi-hegység: Nagyharsányi-barlang. A vizsgált hegységeket a 1. ábrán tüntettük fel. Az előzetes tájékozódás szerint a Balatonfelvidéken és a Bakonyban található barlangokban nincsenek vizsgálataink céljára alkalmas cseppkövek. A vizsgálatok elvégzésére egy szeizmikus mérésekre kifejlesztett műszert alkalmaztunk. A mérőfejek néhány 100 grammosak, ezért a kisebb tömegű szalma cseppkövek mérésére nem voltak alkalmasak. Az első méréseknél a Hajnóczy-barlangban direkt regisztrálóval dolgoztunk. Szándékunk volt visszatérni a barlangba és meghatározni a vizsgált cseppkövek korát, de nem engedélyezték a mintavételezést. A műszerünk átvitelét az 2. ábrán szereplő blokkvázlaton mutatjuk be. Itt jegyzem meg, hogy már kaphatók néhány grammos mérőfejek (Brüel & Kjaer PULSE rendszer érzékelő feje 1.6 gramm). Az egész berendezés csupán néhány kg.
4
Nevezett ábra a méretkorlátozás miatt nem fért bele a zárójelentésbe 1. ábra A paleorengések detektálásra alkalmas cseppkövek felkutatása céljából bejárt barlangok 1. Aggteleki karszt, 2. Bükk, 3. Budai-hegység, 4. Mecsek, 5. Villányi-hegység
5
2. ábra Strong motion digital recorder SM-2 SMACH (A cseppkövek rezonancia mérésének műszere)
A talajgyorsulások változása a mélység függvényében (2) Tapasztalatok szerint a felszín alatt, például barlangokban, bányákban a földrengések intenzitása (ezzel együtt a gyorsulások nagysága) kisebb, mint a felszínen. A jelenségről a szakirodalomban számos beszámoló olvasható. 1991-től 1994-ig a japán PNC (Power Reactor and Nuclear Fuel Development Corporation) a Kamaishi bányában vizsgálta a földrengések által okozott gyorsulások csökkenését a mélység függvényében (Shimizu et al. 1996). A kutatás célja a nagyaktivitású radioaktív hulladékok biztonságos elhelyezhetőségének vizsgálata volt. Összesen 7 szeizmográfot helyeztek el a bányában. Ezekből 4-et a felszín és 650 m között, egy vertikális vonal mentén, különböző mélységekben raktak le. A beágyazó kőzet paleozoós és mezozoós üledékes, valamint alsó kréta gránitos kőzetekből állt. A vizsgálat 4 éve alatt összesen 211 eseményt regisztráltak. Méréseik szerint 150 m-nél nagyobb mélységekben a rengések által okozott gyorsulások maximumai a felszínen mért értéknek átlagosan a felére–negyedére csökkentek le. A fentiek alapján várható, hogy a nagyobb mélységben található barlangoknál is gyorsulás csökkenés figyelhető meg a felszínhez képest. A gyorsulás csökkenés mértékének vizsgálatára egyrészt méréseket, másrészt modellszámításokat végeztünk. A méréseket a budapesti Sas-hegyen, a Szeizmológiai Obszervatórium területén végeztük. A Sashegy anyaga dolomit, amiben a szeizmikus hullámok terjedési sebessége hasonló, mint a mészkőben. A felszínen és az alatta húzódó pincében két, SS1 Kinemetrics típusú, ÉÉKDDNy irányba tájolt, horizontális szeizmométert helyeztünk el. A pince a felszín alatt közelí6
tőleg 25 m mélységben húzódik. A két műszerrel egyidejűleg, 2004. nyarától 2005. végéig végeztünk regisztrálást. Ez idő alatt egy távoli, és egy közeli rengést sikerült regisztrálnunk. A közeli 2004. október 14-én Mezőörsön kipattant, 2,8-as magnitúdójú rengés, a távoli egy Romániában 2004. október 27-én kipattant, 5.9-es magnitúdójú rengés volt. Mindkét rengésnél a két regisztrátum gyakorlatilag azonos volt, felszínen a mozgásnak csak egy nagyon kis mértékű (a közeli rengésnél 1,5 %) növekedése volt megfigyelhető. A mezőörsi rengés regisztrátumai, teljesítményspektrumai és a két spektrum hányadosa a 3. ábrán látható. Az ábra egy sebességre érzékeny szeizmográf regisztrátumát mutatja. Ha a sebességet átszámítjuk gyorsulássá, a növekedés mértéke egy kissé megnő (4 %). A vizsgált cseppkövek felszín alatti mélysége természetesen változó. Mivel a cseppkövek esetén megoldhatatlan a barlangban és a felszínen egyidejűleg, hosszabb ideig történő regisztrálás, ezért ott a gyorsulás-csökkenést csak modellszámítással tudjuk meghatározni. A gyorsulás mélységgel történő csökkenésének vizsgálatára számos modellszámítást végeztünk el. A számításokat a SHAKE2000, ekvivalens lineáris módszeren alapuló program segítségével végeztük. Megállapítottuk, hogy a csökkenés mértéke a közegben terjedő hullámok sebességétől, a mélységtől és a beérkező hullámok spektrális összetételétől egyaránt függ. Ezért adott helyszínen, de különböző földrengéseknél is eltérő lehet. Ha egy konkrét földrengésre végezzük el a számításokat, akkor igaz, hogy a gyorsulások annál hamarabb lecsökkennek a felszíni érték felére-negyedére, minél kisebb a vizsgált közegben a hullámok terjedési sebessége. Regisztrátumok 8000 4000 0 -4000 -8000 0
2
4
6
8
10
t (sec)
12
14
16
Teljesítmény spektrumok
600000 500000 400000 300000 200000 100000 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
7
8
9
10
f (Hz) Spektrális arány
3
2
1
0 0
1
2
pince
3
4
5
f (Hz)
6
felszín
3. ábra. A Sas-hegyen, 2004. október 17-én regisztrált mezőörsi földrengés szeizmogramjai, spektrumai valamint a felszínre és a pincére meghatározott spektrumok hányadosa 7
A sas-hegyi helyszínre végzett számítások közül egyet a 4. és 5. ábra mutat be. Ekkor a mezőörsi földrengés pincebeli regisztrátumát használtuk bemenetként, és azt vizsgáltuk, hogyan változik a maximális gyorsulás a felszín felé haladva. A bemutatott számításnál a dolomitban az S hullámok terjedési sebességét 2000 m/s-nak, sűrűségét 2,2 g/cm3-nek választottuk. A 4. ábra a felszín és a pince közötti nagyítást mutatja a frekvencia függvényében. Az ábrán jól látszódik egy 20 Hz-nél megjelenő, éles rezonancia csúcs. Ennek helye homogén közegmodellnél az f=VS/(4H) összefüggéssel is meghatározható, ahol VS az S hullámok terjedési sebessége, és H a vizsgált mélység. Az 5. ábra a számított maximális gyorsulásokat mutatja a mélység függvényében. (A vízszintes tengelyen a gyorsulásértékek abszolút értékben nem helyesek.) A bemutatott modellszámítás szerint ebben az esetben a felszínen a maximális gyorsulás növekedése a pincéhez képest kb. 7%, ami jól egyezik a regisztrálás eredményeivel. Dolomit 1 - Analysis No. 1 - Profile No. 1 300
Layers 6 & 1 -
Amplification Ratio
250
200
150
100
50
0 0
5
10
15
20
25
Frequency (Hz)
4. ábra A felszín nagyító hatása a pincéhez képest, a frekvencia függvényében Peak Acceleration (g) 0.000 0
0.005
0.010
0.015
Depth (m)
-10
-20
-30
-40 Dolomit 1 - Analysis No. 1 - Profile No. 1
5. ábra A gyorsulás növekedése a felszín felé haladva
Külföldi barlangok (2) Meggondolásaink és számításaink alátámasztására a 2005-ös év során megvizsgáltunk néhány olyan külföldi barlangot, amelyek hazánknál aktívabb területen vannak. A vizsgált barlangok Spanyolországban és Bulgáriában találhatóak. Spanyolország az Afrikai, Atlanti-óceáni és az Ibériai lemez egymásra hatása miatt aktívnak tekinthető jelenleg is [Cloetingh et al. 2002]. A Pliocene-Quaternary emelkedés elérheti az 1000 métert is (idézett cikk 2-es ábrája). A mozgásokat feszültség felhalmozódás kísérheti,
8
amelynek felszabadulása földrengéseket gerjeszthet. Ibéria szeizmicitását jól jellemezhetjük az 1980-1998 között megfigyelt földrengések területi eloszlásával (idézett cikk 4-es ábra). Andalúziában lévő két barlang (Gibraltár és Nerja) cseppköveinek vizsgálata tehát megerősíti, vagy cáfolhatja eddigi eredményeinket. Abban az esetben, ha találunk olyan sztalagmitokat, amelyeknek – számításaink szerint – már viszonylag kis horizontális gyorsulásokra törniük kellett volna, az eredményeink megkérdőjelezhetők. Ilyen cseppköveket azonban nem találtam. Természetesen az indikátor cseppkövek hiányának több oka lehet. Annak ellenére, hogy a nerjai barlangot 1959-ben denevérre vadászó gyerekek találták meg és azonnal védelem alá helyezték, a cseppkövekben okozhattak az emberek károkat, hiszen Kr. e. 20 000-től Kr. e. 1 800-ig az ősember többször is élt a barlangban. Gibraltárban található a Szent Mihály-barlang. Nincsenek paleorengések indikálására alkalmas cseppkövek. A Neander-völgyi ősember koponyáját megtalálták ebben a barlangban, tehát már hosszú ideje lakott volt. Bulgária földrengésekben aktívabb területein két barlangot (Ahmetyova Cave és Saeva Doupka) látogattunk meg, ahol méréseket is végrehajtottunk (Ahmetyova Cave). Egyik barlangban sem találtunk megfelelő, paleorengések indikálására alkalmas cseppköveket. Célszerűnek látszott Bulgária kevésbé aktív területein lévő barlangokban található cseppkövek vizsgálata is. Az 6. ábrán, amely Bulgária földrengés-veszélyeztetettségét ábrázolja, zöld kezdőbetűkkel bejelöltük az általunk vizsgált barlangok helyét: Ahmetyova cave (A), Saeva Doupka (S), Ledenyika (L) és Varteskata (V). A térképen látható, hogy a rendelkezésre álló rövid megfigyelési idő alatt is már tapasztaltak néhány nagyobb földrengést Bulgáriában.
6. ábra Bulgária földrengés-veszélyeztetettségi térképe az 1892-1968 között megfigyelt földrengések epicentrumaival.
9
7. ábra Varteskata (B13) barlangban talált keskeny, 3.65 m magas cseppkő.
Az Ahmetyova barlang 30 km-re van egy 10 fokos intenzitású (MSK-64) epicentrális területtől. Nagyon meglepő lett volna tehát, ha ebben a barlangban olyan „karcsú”, ép sztalagmitokat találtunk volna, melyeknél K ≥ 20 (K = magasság / átmérő arány). Hiszen ekkora intenzitásnál megfigyelt földrengések által gerjesztett horizontális gyorsulások hatására ezeknek a karcsú cseppköveknek már törni kellett volna. Ilyen cseppkövek nem voltak a barlangban. Nem találtunk földrengés indikátorként szolgáló cseppköveket a Saeva Doupka (S), és Ledenyika (L) barlangokban sem, annak ellenére, hogy ezek a barlangok nem különösebben aktív területen találhatók. Mindkét barlang kiépített és a lakosság által is látogatható. A föld10
rengés indikátorként használható cseppkövek hiányának több oka lehet, ezzel a kérdéssel nem foglalkozunk. A Ledenyika barlangtól nem nagy távolságra, Vraca város közelében található Varteskata B13 (latin betűvel V13) barlangban sikerült karcsú cseppkövekre bukkannunk. Ez a barlang nem kiépített, csak speciális felszereléssel lehet egy 10-15 méteres kürtön keresztül megközelíteni. A bolgár geológus kollégák segítségével sikerült lejutni a barlangba, ahol a paleorengések indikálására alkalmasnak látszó, K ≥ 20 sztalagmitokat találtunk (7. és 8. ábrák).
8. ábra Varteskata (B13) barlangban talált keskeny, 1.4 m magas cseppkő.
A cseppkövek gerjesztés hatására mutatott gyorsulásának időbeli változásait (akcelerogram) regisztráltuk SMACH gyorsulásmérő szenzorokkal a cseppköveken három különböző helyen a 9. ábrának megfelelő elrendezésben. A felvételeket SMACH SM2 típusú adatgyűjtővel rögzítettük. A mérésekből a cseppkövek rezonancia frekvenciáját meghatároztuk (10, 11., 12. és 13. ábrák). A vastagabb cseppkőből (3.65 m magas) két különböző helyen mintákat vettünk, hogy korát és növekedési sebességét meghatározhassuk. Az előzetes vizsgálatok szerint a 3.65 m magas cseppkő 1.6 m/s2 horizontális gyorsulásra már törik, ami azt jelenti, hogy kör-
11
nyezetében az elmúlt néhány ezer évben nem keletkezett olyan rengés, amely ennél nagyobb horizontális gyorsulást gerjesztett volna.
9. ábra A mérési helyek a vizsgált cseppköveken
10. ábra Varteskata (B13) barlangban talált keskeny, 3.65 m magas cseppkő frekvencia szerinti gyorsulásértékei.
12
11. ábra Varteskata (B13) barlangban talált keskeny, 3.65 m magas cseppkő frekvencia szerinti sebességértékei.
12. ábra Varteskata (B13) barlangban talált keskeny, 1.4 m magas cseppkő frekvencia szerinti gyorsulásértékei.
13
13. ábra Varteskata (B13) barlangban talált keskeny, 1.4 m magas cseppkő frekvencia szerinti sebességértékei.
A 14. ábra Bulgária szeizmotektonikai viszonyait mutatja be. A térképen feltüntették a I ≥ 7 fokos epicentrális intenzitású rengéseket is.
14. ábra Bulgária tektonikai térképe
14
Vraca város közelében, ahol a Varteskata (B13) barlang található, van egy horizontális elmozdulásokat jelző tektonikai szerkezet. E törés jelenkori aktivitását kis rengések jelzik (lásd epicentrum térkép). Nem ismerjük arra a kérdésre a feleletet, hogy képes-e ez a szerkezet nagyobb, katasztrofális rengések gerjesztésére. Talán megnyugtató, hogy a néhány ezer éves cseppkövet nem érte 1,6 m/s2–nél nagyobb horizontális gyorsulás. Célszerűnek tartottuk Varteskata (B13) barlangban található cseppköveken végzett méréseket táblázatban (I. és II. táblázat) összefoglalni. Két cseppkövet (sztalagmitot, 8. és 9. ábrák) mértünk, három különböző magasságban elhelyezett mérőfejjel (10. ábra). mérési helyek kódjai domináns frekvencia és amplitúdó-érték
X R1 [Hz]
X R2 [Hz]
Y R1 [Hz]
Y R2 [Hz]
Z R1 [Hz]
Z R2 [Hz]
28 (3,45) 0,5 (0,02) 27,5 (3,85) 5 (0,02) 28 (4,27) 0,5 (0,03)
5 (0,4) 5 (0,015) 5 (0,8) 28 (0,02) 5 (0,7) 28 (0,025)
28 (4,12) 4,5 (0,09) 5 (3,98) 5 (0,12) 28 (5,35) 4,5 (0,11)
5 (2,86) 28 (0,02)
megismételt mérések sorszámai
1
gyorsulás [mg] sebesség [cm/s]
2
gyorsulás [mg] sebesség [cm/s]
3
gyorsulás [mg] sebesség [cm/s]
28 (0,88) 0,5 (0,02) 28 (0,86) 0,5 (0,02) 28 (1,02) 0,5 (0,03)
28 (0,005)
28 (0,02) 5 (3,2) 28 (0,03)
I. táblázat Bulgáriai mérések: Varteskata (B13) barlang, Vraca mellett. 3,65 m-es sztalagmit. mérési helyek kódjai domináns frekvencia és amplitúdó-érték
X R1 [Hz]
X R2 [Hz]
Y R1 [Hz]
Y R2 [Hz]
Z R1 [Hz]
Z R2 [Hz]
megismételt mérések sorszámai 1
gyorsulás [mg] sebesség [cm/s]
2
gyorsulás [mg] sebesség [cm/s]
3
gyorsulás [mg] sebesség [cm/s]
10,5 (0,29) 0,5 (0,01) 10,5 (0,31) 0,5 (0,02) 10,5 (0,5) 0,5 (0,002)
10,5 (1,27) 0,5 (0,02) 10,5 (2,09) 10,5 (0,03) 11 (0,57) 0,5 (0,12)
10,5 (0,02)
10,5 (7,29) 10,5 (0,11) 10,5 (7,89) 10,5 (0,12) 10,5 (11,35) 10,5 (0,17)
0,5 (0,02)
II. táblázat Bulgáriai mérések: Varteskata (B 13) barlang, Vraca mellett. 1,4 m-es sztalagmit.
15
A földrengésekre vonatkozó ismeretanyag rendszerezése és számítógépes adatbázisának elkészítése (3) A munka célja Magyarország történelmi földrengéseiről való ismereteink rendszerezése és MS Access adatbázisba rendezése. A korábbi események nagy részéről csak kevés, míg kisebb részükről — főként a későbbi és nagyobb rengésekről — sok és részletes információ áll rendelkezésünkre. A XX. század elején a műszeres regisztrálás kezdetétől, majd a digitális műszerek elterjedése után az információk mennyisége ugrásszerűen megnőtt. A létrehozott adatbázisnak ésszerűen kezelni kell a rengésekről való ismereteink heterogenitását. Az adatbázist Windows 98/NT/XP operációs rendszer alatt futó Microsoft Access adatbáziskezelő program segítségével építettük fel. Ennek az SQL alapú relációs adatbázis-kezelő programnak a választását a következők indokolták: • kezelni tudja a hosszabb szövegeket és a grafikai vagy kép (OLE) objektumokat • más adatbázis vagy ASCII formátumú fájlok exportjának és importjának lehetősége (adatcsere) • magyar karakterek megfelelő kezelése • egyéb dokumentumainkkal való (Word formátum) kompatibilitás • PC-n, Windows operációs rendszer alatt futtatható • széleskörű elterjedtsége és viszonylag alacsony ára. A megvalósított adatbázis nyolc, egymással relációs kapcsolatban álló táblázatból áll. Ezek a MAINCAT, PICTURES, ISOSEIS, TRACES, DESCRIPT, FOCMEC, MAIN_SO és a REFERS nevű táblázatok. A közöttük levő kapcsolatokat az 15. ábra mutatja be.
15. ábra
Az adatbázis fő táblázata a MAINCAT, amiben egy földrengést egy rekord ír le. A mezőneveket, a mezőleírásokat és az adatformátumokat az III. táblázat foglalja össze. Ez a táblázat 16
tartalmazza a rengés fő paramétereit, így a kipattanás idejét és a hipocentrum paramétereit. Mivel időnként a műszeres és a makroszeizmikus epicentrum és mélység meghatározások között ellentmondások vannak, ezért ahol ez fordult elő, mindkettőt megadjuk. Ezen kívül a rekord tartalmazza a magnitúdó és intenzitás értékeket, a rengés környezeti hatásait, a rengés forrásának típusát és egy rövid leírást a rengésről. Táblázat:
MAINCAT
Leírás: Mezőnév
A földrengés fő paraméterei Adat formáLeírás tum Automatikus A rengés azonosítási száma i4 Év i2 Hónap i2 Nap i2 Óra, közép-európai időben (GMT+1 óra) i2 Perc f4.1 Másodperc a50 Időmeghatározás hibája f6.3 Epicentrum földrajzi szélessége (műszeres meghatározásból) f6.3 Epicentrum földrajzi hosszúsága (műszeres meghatározásból) f3.1 Epicentrum meghatározás hibája (km) a15 Epicentrum meghatározás forrása f5.2 Epicentrum földrajzi szélessége (makroszeizmikus meghatározásból) f5.2 Epicentrum földrajzi hosszúsága (makroszeizmikus meghatározásból) a100 Megjegyzés a makroszeizmikus epicentrum meghatározásra vonatkozólag f5.1 Fészekmélység km-ben (műszeres meghatározásból) f5.1 Fészekmélység meghatározás hibája a15 Fészekmélység meghatározás forrása f5.1 Fészekmélység km-ben (makroszeizmikus meghatározásból) a100 Megjegyzés a makroszeizmikus fészekmélység meghatározásra vonatkozólag a25 Epicentrum helye, megnevezése f4.1 Epicentrális intenzitás a100 Megjegyzés az epicentrális intenzitásra vonatkozólag f4.1 Lokális magnitúdó f4.1 Felületi hullám magnitúdó f4.1 Térhullám magnitúdó f4.1 Momentum magnitúdó a30 Magnitúdó értékek forrása a1 Kulturális hatások (f = érezhető, d = épületkárok, c = emberi sérülések) a1 Forrás típusa (t = tektonikus, c = beomlásos, …) a255 Rövid leírás a rengésről Y/N Szeizmogramok létezése (Igen/Nem) Y/N Izoszeizta térképek létezése (Igen/Nem) Y/N Vetősík megoldás létezése (Igen/Nem) Y/N Képek létezése (Igen/Nem) Y/N Hosszabb leírás létezése (Igen/Nem) III. táblázat
Eqid Year Month Day Hour Min Sec T_er Lat Lon Epic_er Ep_so Mac_lat Mac_lon Mac_ep_com H H_er H_source Mac_H Mac_H_com Place Int Int_com ML Ms Mb Mw M_source Cult_effect Type Descr Reg Isoseis Focal_mech Pictures Descr_l
Az ISOSEIS táblázat az izoszeizta térképek grafikus képeit, forrásukat tartalmazza, valamint néhány megjegyzést róluk (IV. táblázat). Formájuk OLE objektum, amit valamilyen más szoftverrel állítunk elő, vagy valamilyen gyakran használt képformátum (például Bitmap kép,
17
Windows Metafájl, PC Paintbrush, Encapsulated Postscript, Autocad 2D formátum, Computer Graphics Metafile, Corel Draw, TIFF, Targa, Kodak Photo CD, JPEG, GIF, WP Graphics, stb.). Egy földrengéshez több izoszeizta térkép is tartozhat, tehát a reláció a MAINCAT és az ISOSEIS táblázatok között egy-a-többhöz. Táblázat: Leírás: Mezőnév Isoid Eqid Isoseis Comments Source
ISOSEIS Izoszeizta térképek AdatLeírás formátum Automatikus Az izoszeizta térkép azonosítási száma Automatikus A rengés azonosítási száma OLE objek- Az izoszeizta térkép grafikus képe tum a255 Megjegyzés az izoszeizta térképről a100 Az izoszeizta térkép forrása, készítője IV. táblázat
A PICTURES táblázat (V. táblázat) a földrengés hatásairól és az okozott károkról készült grafikus képeket, fényképeket, a képekre vonatkozó megjegyzéseket, valamint forrásukat tartalmazza. Formátumuk OLE objektum. Egy rengéshez több kép is tartozhat, tehát a kapcsolat a MAINCAT és a PICTURES táblázatok között egy-a-többhöz. Táblázat: Leírás Mezőnév Pictid Eqid Picture Comment Source
PICTURES Képek, fényképek AdatLeírás formátum Automatikus A kép azonosítási száma Automatikus A rengés azonosítási száma OLE objek- A grafikus kép, fotó tum a255 Megjegyzés a képről a100 A kép forrása, készítője V. táblázat
A TRACES táblázat (VI. táblázat) az adatbázisban található földrengések regisztrátumainak katalógusa. Egy rekord egy szeizmogramra vonatkozik, ami lehet analóg regisztrátum papíron vagy filmen, vagy digitális regisztrátum fájlban, a táblázatnak tehát mindkét típust kezelnie kell. Egy rengéshez több regisztrátum is tartozhat, tehát a kapcsolat a MAINCAT és a TRACES táblázatok között egy-a-többhöz. Táblázat: Leírás: Mezőnév Traceid Eqid Station Lat Lon Geol Instr Comp Dig Stor Comment
TRACES A földrengés regisztrátumai AdatLeírás formátum Automatikus A regisztrátum azonosítási száma Automatikus A rengés azonosítási száma a25 Az állomás neve és/vagy helye f6.3 Az állomás szélessége f6.3 Az állomás hosszúsága a20 Az állomás alatti geológia a15 A műszer típusa a15 Komponens Y/N Digitális vagy digitalizált szeizmogram (Igen/Nem) a100 Tárolási hely, vagy fájl a255 Megjegyzés VI. táblázat
18
A DESCRIPT táblázat (VII. táblázat) az elő- és utórengéseknek, a környezeti hatásoknak, a rengés geológiai hátterének a hosszabb kifejtését, leírását tartalmazza. A leírás hossza maximálisan 65535 karakter lehet. Egy rengéshez egy leírás tartozhat, tehát a kapcsolat a MAINCAT és a DESCRIPT között egy-az egyhez. Táblázat: Leírás: Mezőnév Deid Eqid Descript
DESCRIPT A földrengés hosszabb leírása AdatLeírás formátum Automatikus A leírás azonosítási száma Automatikus A rengés azonosítási száma a65535 A földrengés leírása VII. táblázat
A földrengés fészekmechanizmus megoldását, ha van, a FOCMEC táblázat tartalmazza (VIII. táblázat). A fészekmechanizmus megadható akár a fő feszültség tengelyek, akár két egymásra merőleges sík segítségével, ahol a kettő közül az egyik a törési sík. Egy földrengéshez több fészekmechanizmus megoldás is megadható. Táblázat: Leírás: Mezőnév Fmid Eqid P_val P_azim P_inc B_val B_azim B_inc T_val T_azim T_inc Strike1 Dip1 Rake1 Strike2 Dip2 Rake2 Mo Source
FOCMEC A földrengés fészekmechanizmus megoldása Adat formáLeírás tum Automatikus A fészekmechanizmus megoldás azonosítási száma Automatikus A rengés azonosítási száma e10.3 A kompressziós főfeszültség értéke (P tengely) f6.2 P tengely azimutja f6.2 P tengely inklinációja e10.3 Az intermedier főfeszültség értéke (B tengely) f6.2 B tengely azimutja f6.2 B tengely inklinációja e10.3 A dilatációs főfeszültség értéke (T tengely) f6.2 T tengely azimutja f6.2 T tengely inklinációja f6.2 1. sík csapásiránya f6.2 1. sík dőlése f6.2 Csúszásirány az 1. síkon f6.2 2. sík csapásiránya f6.2 2. sík dőlése f6.2 Csúszásirány a 2. síkon e10.3 Momentum Nm-ben a100 A fészekmechanizmus megoldás forrása VIII. táblázat
A REFERS táblázat (IX. táblázat) a földrengésre vonatkozó forrásmunkákat tartalmazza, melyek lehetnek könyvek, cikkek, jelentések, stb. Egy forrásmunka tartozhat több földrengéshez, és egy földrengéshez is több forrásmunka tartozhat. Tehát a reláció a MAINCAT és a REFERS táblázatok között több-a-többhöz. Az összetartozókat a MAIN_SO táblázat (X. táblázat) kapcsolja össze.
19
Táblázat: Leírás: Mezőnév Soid Type Author Title In Publ Year Com Táblázat: Leírás: Mezőnév Eqsoid Eqid Soid
REFERS Felhasznált forrásmunkák AdatLeírás formátum Automatikus A forrásmunka azonosítási száma a1 A forrásmunka típusa (a=cikk, b=könyv, c=archív anyag, r=kutatási jelentés, …) a50 Szerző vagy szerzők a100 Cím a50 Publikálás helye a15 Kiadó i4 Kiadás éve a255 Megjegyzés IX. táblázat MAIN_SO Kapcsolótábla a MAINCAT és REFERS táblák között AdatLeírás formátum Automatikus A kapcsoló rekord azonosítási száma Automatikus A földrengés azonosítási száma Automatikus A forrásmunka azonosítási száma X. táblázat
Minden táblázathoz (kivéve a MAIN_SO kapcsolótáblát) elkészült egy-egy űrlap, amelyeknek a segítségével az adatbázis könnyen feltölthető. Ezeknek a segítségével az adatbázisban rengések kiválogatása és keresése is könnyen végrehajtható. Az adatbázis megnyitásakor először a főtábla (MAINCAT) űrlapja (16. ábra) jelenik meg. A rengés fő paramétereinek begépelése után a megfelelő parancsgombok megnyomásával lehet belépni a kapcsolódó táblák űrlapjaiba. A főtáblából csak az adott földrengésre vonatkozó egyéb űrlapok érhetők el.
20
16. ábra Az MS Access adatbázis főtáblájának űrlapja
Az adatbázis feltöltése földrengés adatokkal folyamatosan történik. Jelenleg 456-tól 2003-ig tartalmaz az adatbázis makroszeizmikus rengéseket, összesen 261 db eseményt. A rengésekhez azok paraméterein túl a rengések által okozott károkról készült fényképeket, izoszeizta térképeket és néhány műszeres regisztrátum scannelt ábráját is feltöltöttük. Budapest…2006. február 28.
………………………………….
Témavezető aláírása
21
Hivatkozások Cloething S., Burov E., Beekman F., Andeweg B., Andriessen P. A. M., Garcai-Castellanos D., de Vicente G. & Vegas R. (2002): Lithospheric folding in Liberia. Tectonics, 21:5. Franyó F. (Szerk.) (1992): A negyedidőszaki képződmények vastagsága Magyarországon. M=1: 500 000. Magyar Állami Földtani Intézet, Budapest. Gribovszki K. (2005): Földrengések geofizikai és geológiai környezetének valamint Debrecen földrengésveszélyeztetettségének vizsgálata térinformatikai eszközökkel. PhD. értekezés, Nyugat-Magyarországi Egyetem, Kitaibel Pál Környezettudományi Doktori Iskola, Geokörnyezettudományi Program, 130 p. Gribovszki K. & Szeidovitz Gy. (2000): Potenciális földrengésfészkek meghatározása térinformációs rendszer felhasználásával. Geomatikai Közlemények, III: 255-264. Gribovszki K. & Szeidovitz Gy. (2004): A földrengések kiváltó tényezőinek vizsgálata térinformatikai rendszer felhasználásával. Magyarország Földrengésbiztonsága mérnökszeizmológiai konferencia, Széchényi I. Egyetem, Győr, 347-362. old. Gribovszki K. & Szeidovitz Gy. (2005): Földrengések geo-környezetének tanulmányozása térinformatikai eszközökkel. Geomatikai Közlemények, VIII: 315-326. Gribovszki K. & Szeidovitz Gy. (2005a): Investigation of earthquakes’ geological and geophysical surroundings in the Pannonian Basin by using GIS tools. Second International Conference, Science and Technology for Safe Development of Lifeline Systems, Natural Risks: Earthquakes and Co-seismic Associated Risks, Neotectonics and Seismic Hazard Assessment in the CEI Area, Pozsony, Szlovákia, 2005. octóber 24-25. 62-67. old. Horváth F. (1993): Towards a mechanical model for the formation of the Pannonian basin. Tectonophysics, 226: 333-357. Jámbor Á. & Szeidovitz Gy. (1995): Új atomerőmű telepítésére kijelölt területek földrengéskockázatának előzetes vizsgálata. MTA GGKI Szeizmológaia Főosztály Archívuma, Budapest, 31 old. Jámbor Á., Mónus P. & Szeidovitz Gy. (Szerk.) (1999): Kinematikai és Földrengés Epicentrumok térképe. ERŐTERV Adattár, Budapest. Kázmér M., Mikes T., Szűcs Z., Krolopp E. & Sümegi P. (2000): Faulting and liquefaction of Quaternary sediments (Jenő, Fejér county, Hungary) ESG Memoir I. on Neotectonics. Kiszely M. (2001): Discrimination of Quarry-blasts from Earthquakes using Spectral analysis and Coda Waves in Hungary. Acta Geod. Geoph. Hung., 36(4): 439–448. Leél-Őssy Sz. & Czifra T. (2004): Évi részjelentés a BAF C.4.4., D.9.1/2004 alvállalkozói szerződés tárgyában. Majoros Zs. & Szenthe I. (2003): Földrengés nyomai a Lilla barlangban - Bükk Hegység. Magyarország. Előzetes vizsgálatok abszolút kormeghatározáshoz. Magyari Á. (2002): Hazai krioturbációs jelenségek kritikai újravizsgálata: paleoszeizmikus tevékenységek nyomai hazai negyedidőszaki képződményekben: MÁFI, Alapkutatási Főosztály, kutatási jelentés, kézirat, 9p. Magyari Á., Van Vliet-Lanoe B. & Csontos L. (2002): Paleoszeizmikus jelenségek hazai negyedidőszaki rétegekben: Magyarország Földrengésbiztonsága, Tudományos Konferencia, Győr, Széchenyi István Egyetem, 2002. november 5. Magyari Á., Musitz B., Csontos L. & Van Vliet-Lanoe B. (2004): Neotektonikai vizsgálatok a Külső-Somogyi dombságban: Magyar Állami Földtani Intézet Évi Jelentése, 2002, Budapest, 111-128. Marosi S. & Meskó A. (Szerk.) (1997): A Paksi Atomerőmű földrengés-biztonsága. Akadémiai Kiadó, Budapest, 178 old. Pécsi M. (Szerk.) A munkaközösség tagjai: Ádám L., Borsy Z., M. Buczkó E., Gazdag L., Góczán L., Hahn Gy., Kaiser M., Láng S., Leél-Őssy Sz., Lovász Gy., Marosi S., Pécsi M., Pinczés Z., Rétvári L., Somogyi S., Székely A. & Szilárd J. (2000): Magyarország Geomorfológiai Térképe. MTA Földrajztudományi Kutató Intézet, Budapest. Shimizu I., H. Osawa T. Seo S. Yasuike & Sasaki S. (1996): Earthquake related ground motion and groundwater pressure change at the Kamaishi Mine. Engineering Geology, 43: 107–118.
22
Szeidovitz Gy. & Varga P. (1997): A Paksi Atomerőmű telephelyének földrengésbiztonsága, kárpát-medencei nagyobb rengések áttekintésével. In: Marosi S. & Meskó A. (Szerk.): A Paksi Atomerőmű földrengésbiztonsága. Akadémiai Kiadó, Budapest, 95-111 old. Szeidovitz Gy., Bus Z. & Gribovszki K. (2004): Focal depths of earthquakes in the Carpathian Basin. Acta Geod. Geoph. Hung., 39(4): 447-470. Szeidovitz Gy., Leél-Őssy Sz. & Surányi G. (2004): Egykori földrengések felismerése cseppkövek segítségével. Földrajzi Közlemények, CXXVIII. (LII.), 2004(1-4): 140-146. Szeidovitz Gy., Leél-Őssy Sz., Surányi G., Czifra T. & Gribovszki K. (2005): Paleorengések által gerjesztett maximális horizontális gyorsulásamplitúdók számítása cseppkövek törőszilárdságának ismeretében. Magyar Geofizika, Vol. 46(3): 91-101.
23
